红外光谱同济大学研究生分析化学课程市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx

第1页当样品受到频率连续改变红外光照射时，分子吸收一些频率辐射，并由其振动运动或转动运动引发偶极矩净改变，产生分子振动和转动能级从基态到激发态跃迁，从而形成分子吸收光谱称为红外光谱。又称为分子振动转动光谱。第2页第3页分子中基团振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱概述辐射分子振动能级跃迁红外光谱官能团分子结构第4页电子能级振动能级转动能级分子能级示意图第5页6区域名称区域名称波长波长(m)m)波数波数(cm(cm-1-1)能级跃迁类型能级跃迁类型近红外区近红外区泛频区泛频区0.75-2.513158-4000OH、NH、CH键倍频吸收中红外区中红外区基本振动区基本振动区2.5-254000-400分子振动分子振动/伴随转动伴随转动远红外区远红外区分子转动区分子转动区25-300400-10分子转动分子转动红外光区划分以下表：红外光区分成三个区红外光区分成三个区:近红外区、中红外区、远红外区。近红外区、中红外区、远红外区。其中中红外区是研究和应用最多区域，普通说红外光谱就是指其中中红外区是研究和应用最多区域，普通说红外光谱就是指中红外区红外光谱中红外区红外光谱.第6页 用经典力学方法把双原子分子振动形式用两个刚性小球弹簧振动来模拟，以下列图所表示:双原子分子振动示意图影响基本振动频率直接原因是相对原子质量和化学键力常数。分子振动方式第7页对于多原子分子，因为一个原子可能同时与几个其它原子形成化学对于多原子分子，因为一个原子可能同时与几个其它原子形成化学键，它们振动相互牵连键，它们振动相互牵连,不易直观地加以解释，但能够把它振动分解为许不易直观地加以解释，但能够把它振动分解为许多简单基本振动，即简正振动。多简单基本振动，即简正振动。原子沿键轴方向伸缩，键长发生改变而键角不变振动称为伸缩振动。它又分为对称伸缩振动(s）和不对称伸缩振动(as）。b.变形振动（又称弯曲振动或变角振动，变形振动（又称弯曲振动或变角振动，用符号表示）基团键角发生周期改变而键长不变振动称为变形振动。变形振动又分为面内变形振动和面内变形振动。a.伸缩振动伸缩振动(s as）普通将振动形式分成两类：普通将振动形式分成两类：伸缩振动伸缩振动和和变形振动变形振动。第8页 水分子是非线型分子，振动自由度：水分子是非线型分子，振动自由度：33-6=333-6=3个振动形式，分别为不对称伸缩振个振动形式，分别为不对称伸缩振动、对称伸缩振动和变形振动。这三种振动皆有偶极矩改变是红外活性。动、对称伸缩振动和变形振动。这三种振动皆有偶极矩改变是红外活性。如图所表示如图所表示:水分子第9页1=1340 cm-1(RM)2=2368 cm-1(IR)3=4=668 cm-1(IR)第10页伸缩振动亚甲基：变形振动亚甲基第11页伸缩振动甲基：变形振动甲基对称s s(CH(CH3 3)1380)1380-1-1 不对称asas(CH(CH3 3)1460)1460-1-1对称不对称s s(CH(CH3 3)asas(CH(CH3 3)2870 2870-1-1 2960 2960-1-1第12页13 产生红外吸收分子称为红外活性分子，如CO2分子；反之为非红外活性分子,如O2分子。第13页1.峰位峰位 分子内各种官能团特征吸收峰只出现在红外光波谱一定范围，如：分子内各种官能团特征吸收峰只出现在红外光波谱一定范围，如：C=O伸缩振动普通在伸缩振动普通在1700cm-1左右左右。以以下化合物为例加以说明：以以下化合物为例加以说明：C=O 1650 cm-1C=O 1715 cm-1C=O 1780 cm-1第14页2.峰强峰强3.峰形峰形不一样基团某一个振动形式可能会在同一频率范围内都有红外吸收，如不一样基团某一个振动形式可能会在同一频率范围内都有红外吸收，如-OH、-NH伸缩振动峰都在伸缩振动峰都在34003400 3200 cm-1但二者峰形状有显著不一样。此但二者峰形状有显著不一样。此时峰形不一样有利于官能团判别。时峰形不一样有利于官能团判别。红外吸收峰强度取决于分子振动时偶极矩改变，振动时分子偶极矩改变越小，红外吸收峰强度取决于分子振动时偶极矩改变，振动时分子偶极矩改变越小，谱带强度也就越弱。谱带强度也就越弱。普通说来，极性较强基团普通说来，极性较强基团(如如C=O,C-X)振动，吸收强度较大；极性较弱基团振动，吸收强度较大；极性较弱基团(如如C=C,N-C等等)振动，吸收强度较弱；红外吸收强度分别用很强振动，吸收强度较弱；红外吸收强度分别用很强(vs)、强、强(s)、中、中(m)、弱、弱(w)表示表示.第15页第16页红外光谱最大特点是含有特征性，谱图上每个吸收峰代表了分子中某个基团特定振动形式。定性分析定量分析第17页已知物判定 谱图库搜索、比对算法未知物判定 谱图解析首先应了解样品起源、用途、制备方法、分离方法、理化性质、元素组成及其它光谱分析数据如UV、NMR、MS等有利于对样品结构信息归属和识别。第18页Lambert-Beer定律定量时吸光度测定惯用基线法。如图所表示,图中I与I0之比就是透射比。基线画法第19页红外光谱图：纵坐标为吸收强度，和波数1/单位：cm-1能够用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。应用：有机化合物结构解析。定性：基团特征吸收频率；定量：特征峰强度；红外光谱与有机化合物结构谱图解析第20页（CH3）1460cm-1，1375cm-1。（CH3）2930cm-1，2850cm-1。C2H4O1 7 3 0 cm-11 1 6 5 cm-12 7 2 0 cm-1HHHHOCC第21页*与一定结构单元相联络、在一定范围内出现化学键振动频率基团特征频率（特征峰）；例：2800 3000cm-1CH3特征峰；1600 1850cm-1C=O特征峰；基团所处化学环境不一样，特征峰出现位置改变：CH2COCH21715cm-1酮CH2COO1735cm-1酯CH2CONH1680cm-1酰胺第22页*常见有机化合物基团频率出现范围：4000 670cm-1依据基团振动形式，分为四个区：(1)4000 2500cm-1XH伸缩振动区（X=O，N，C，S）(2)2500 1900cm-1三键，累积双键伸缩振动区(3)1900 1200cm-1双键伸缩振动区(4)1200 670cm-1XY伸缩，XH变形振动区第23页*1 XH伸缩振动区（伸缩振动区（4000 2500cm-1）（1）OH3650 3200cm-1确定醇、酚、酸在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液）时，峰形尖锐，强吸收；当浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。注意区分NH伸缩振动：3500 3100 cm-1 第24页（3）不饱和碳原子上=CH（CH）苯环上CH 3030 cm-1 =CH 3010 2260 cm-1 CH3300cm-1 3000 cm-1 以上 CH32960cm-1 反对称伸缩振动 2870cm-1 对称伸缩振动 CH2 2930cm-1 反对称伸缩振动 2850cm-1 对称伸缩振动 CH 2890 cm-1 弱吸收3000 cm-1 以下第25页2 叁键（叁键（C C）伸缩振动区伸缩振动区（2500 1900cm-1）在该区域出现峰较少；（1）RC CH（2100 2140cm-1）RC CR（2190 2260cm-1）R=R时，无红外活性（2）RC N（2100 2140cm-1）非共轭2240 2260cm-1共轭2220 2230cm-1仅含C、H、N时：峰较强、尖锐；有O原子存在时；O越靠近C N，峰越弱；第26页3 双键伸缩振动区（双键伸缩振动区（1900 1200cm-1）（1）RC=CR1620 1680cm-1强度弱，R=R（对称）时，无红外活性。（2）单核芳烃C=C键伸缩振动（1626 1650cm-1）第27页苯衍生物C=C苯衍生物在1650 cm-1出现C-H和C=C键面内变形振动泛频吸收（强度弱），可用来判断取代基位置。1600第28页（3）C=O（1850 1600cm-1）碳氧双键特征峰，强度大，峰尖锐。饱和醛(酮)1740-1720cm-1；强、尖；不饱和向低波移动；第29页*酸酐C=O双吸收峰：18201750 cm-1，两个羰基振动偶合裂分；线性酸酐：两吸收峰高度靠近，高波数峰稍强；环形结构：低波数峰强；羧酸C=O18201750 cm-1，氢键，二分子缔合体；第30页4.XY，XH变形振动区变形振动区98%，便于与纯化合物标准进行对照。多组分试样应在测定前尽可能预先用分馏、萃取、重结晶、区域熔融或色谱法进行分离提纯。(2)(2)试样中不应含有游离水。水本身有红外吸收，会严重干扰样品谱，而且还会侵蚀吸收池盐窗。(3)试样浓度和测试厚度应选择适当，以使光谱图中大多数吸收峰透射比处于10%80%范围内。第37页样品制备技术样品制备技术(1)(1)固体样品制备固体样品制备 a.压片法:将将12mg12mg固固体体试试样样与与200mg200mg纯纯KBrKBr研研细细混混合合，研研磨磨到到粒粒度度小小于于2 2mm，在油压机上压成透明薄片，即可用于测定。，在油压机上压成透明薄片，即可用于测定。b.糊状法:研研细细固固体体粉粉末末和和石石蜡蜡油油调调成成糊糊状状，涂涂在在两两盐盐窗窗上上，进进行行测测试试。此此法法可可消消除除水水峰峰干干扰扰。液液体体石石蜡蜡本本身身有有红红外外吸吸收收，此此法法不不能能用用来来研研究究饱饱和和烷烷烃红外吸收。烃红外吸收。第38页第39页制备主要方法样品加入量控制KBr和样品烘干研磨压片量控制第40页样品制备技术样品制备技术(2)(2)液体样品制备液体样品制备 a.a.液膜法 b.b.液体吸收池法 c.c.样品滴入压好样品滴入压好KbrKbr薄片上测试薄片上测试(3)气态样品制备:气态样品普通都灌注于气体池内进行测试。第41页样品制备技术样品制备技术(4)(4)特殊样品制备特殊样品制备薄膜法薄膜法:a.熔融法:对对熔熔点点低低，在在熔熔融融时时不不发发生生分分解解、升升华华和和其其它它化化学学改改变变物物质质，用用熔熔融融法法制制备备。可可将将样样品品直直接接用用红红外外灯灯或或电吹风加热熔融后涂制成膜。电吹风加热熔融后涂制成膜。b.热压成膜法:对对于于一一些些聚聚合合物物可可把把它它们们放放在在两两块块含含有有抛抛光光面面金金属属块块间间加加热热，样样品品熔熔融融后后马马上上用用油油压压机机加加压压，冷冷却后揭下薄膜夹在夹具中直接测试。却后揭下薄膜夹在夹具中直接测试。c.溶液制膜法:将将试试样样溶溶解解在在低低沸沸点点易易挥挥发发溶溶剂剂中中，涂涂在在盐盐片片上上，待待溶溶剂剂挥挥发发后后成成膜膜来来测测定定。假假如如溶溶剂剂和和样样品品不不溶溶于于水水，使使它它们们在在水水面面上上成成膜膜也也是是可可行行。比比水水重重溶溶剂剂在在汞汞表面成膜。表面成膜。第42页多功效反射头适合宝石、玉、不透明薄膜等样品测试第43页气体测试管第44页红外光谱中干涉谱图形成原理示意图动镜固定镜劈光器样品光源激光器检测器(干涉谱图)干涉仪第45页Volts 7600 7800 8000 8200 8400 8600 Data pointsba第46页baSingle Beam 500 1000 1500 2500 3000 3500 Wavenumbers(cm-1)第47页Absorbance 500 1000 1500 2500 3000 3500 Wavenumbers(cm-1)第48页Nicolet FT-IR 傅立叶红外仪美国热电尼高力仪器企业（Thermo Nicolet Corporation）多功效反射头第49页第50页Omnic版本6.1 7.3 8.0测试样品分析谱图库搜索生成汇报第51页第52页第53页第54页第55页第56页第57页数据分析处理Analyze 分析QC比较汇报（Report）Omnic软件使用指南.DOC第58页空气中CO2测试 分别用1CM-1和4CM-1测试 2260 2280 2300 2320 2340 2360 2380 Wavenumbers(cm-1)Single Beam第59页聚苯乙烯薄膜测试利用数据库查找匹配物质及匹配度第60页压片测试将样品压片后测试利用数据库查找匹配物质及匹配度第61页自备样品测试自己准备样品（通惯用透明塑料薄膜）利用数据库查找匹配物质及匹配度第62页数据库自己分析第63页12组试验日期：11/1811/2512/2第64页红外光谱和拉曼光谱异同？讨论不一样种类样品进行红外光谱测试时候样品制备方法。第65页